JP2015513101A - ２つの固体間の熱抵抗を減じるための方法および可動式装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、核燃料貯蔵ラックのための、実質的にプリズム形状の伝達要素（３０、３２、３４、３６）であって、底面および２つの第２平面を含む３つの主要な表面（３０３、３０３’、３０５、３２５、３４５、３６５）と、２つの側面（３０１、３０１’）とを有し、熱伝達性材料で作成され、その側面に、当該底面に対して平行な方向に当該要素を引くための手段を備える、伝達要素（３０、３２、３４、３６）に関する。

Description

本発明は、それぞれの中に燃料アセンブリまたは任意により数個の燃料アセンブリのロッドが導入され得る複数の長尺の隣接するセルで構成される、核燃料アセンブリのための貯蔵ラックに関する。

当該貯蔵ラック（貯蔵バスケットとしても知られる）は、任意により遮蔽されているもしくはされていないパッケージでの、当該燃料アセンブリの貯蔵および／または輸送のためのものである。それらは、使用済燃料に適しているが、未使用燃料に対しても使用することができる。それらは、例えば、プールでの燃料の貯蔵の際または輸送もしくは貯蔵パッケージ内へのそれらの導入の際などに、乾燥媒体もしくは湿潤媒体中において使用され得る。

燃料アセンブリを輸送するためのキャスクの様々な機能（放射線保護、耐衝撃性、耐火性など）の必要性に対して提供される解決策は、多様な材料のスタックである。高出力が排出される場合、スタックにとって必要なクリアランスの存在から、結果として、内部温度に対する限界が生じる。

放射性物質の安全性および輸送に関連する問題については、“La surete des transports de matieres radioactives” (Safe transport of radioactive materials), by B. Lenail, Revue Generale Nucleaire n°1 2005、“Conception, fabrication et essais des emballages pour le transport des matieres radioactives” (Design, construction and testing of packages for transporting radioactive materials), by B.C. Bernardo, IAEA Bulletin Vol.21, n°6、または、欧州特許第０７５２１５１号明細書に記載されている。

一般的に、燃料アセンブリは、１２個（またはそれ以上）までのアセンブリを収容するキャスク内において乾燥状態で運搬される。これらの輸送パッケージは、関連するフランス、英国、および日本の当局によって承認されており、ならびに、タイプＢのパッケージに対するＩＡＥＡ規定によって課せられた基準を満たしている。およそ４０年間も使用されるこのタイプのキャスクは、放射能のあらゆる放出を防ぐ性能（二重障壁、火災挙動など）を当該パッケージが本質的に備えているという原則に基づいている。

図１に示されるように、当該キャスクは、外部から内部までにおいて、その長尺にわたって、
・冷却フィン４を備え得る外部ゾーン２、
・中性子吸収層６、
・鉄鋼製カラー８、
・ならびに、燃料アセンブリもしくは任意選択によりいくつかの燃料アセンブリのロッドが導入され得る、１つまたは複数の長尺の隣接するセル１２を含む、核燃料アセンブリのための貯蔵ラック１０
を備える。

核燃料アセンブリのためのセル構造を有する様々なタイプのラックが知られている。それらは、一般的に、以下の３つの機能を保証している。
・ラック内に貯蔵される一連のアセンブリの、乾燥状態での、または液体もしくは気体状態（この水は、例えばホウ素などをベースとする中性子吸収性化合物を含有することができる）の水の存在下での臨界の制御
・以下の２つの目的を満たす十分な機械的強度
（ｉ）アセンブリを搭載したラックの幾何学構造の維持を保証すること、および通常の使用（取り扱い、輸送など）の際の燃料棒の劣化を避けること
（ｉｉ）現行規定に従って、たとえ偶発的状況（激しい衝撃または落下）においてもラックの幾何学構造を維持することにより臨界の制御を保証すること、
・使用済みアセンブリの場合に放出される熱を排出するための熱伝達

当該ラックは、場合により、放射線を遮蔽する補完物を提供することを目的としても設計される。

当該ラックは、一般的に、いくつかの材料の組み合わせによって構成され、当該材料のそれぞれは、上記において列挙した３つの機能のうちの少なくとも１つを満たしている。使用される主な材料は、一般的には、以下の通りである。
・機械的強度機能のためのステンレス鋼またはアルミニウム（またはそれらの合金）
・熱伝達機能のためのアルミニウムまたは銅（またはそれらの合金）
・臨界制御機能のための、ホウ素化合物（例えば、Ｂ４Ｃベースのフリットなど）、銅の合金、ホウ素を含有するアルミニウムまたはステンレス鋼

キャスクの熱的性能の観点から、内部出力の排出および８００℃で３０分間の耐火性は、現在、材料（鉄鋼製カラー、アルミニウムラックなど）およびそれらの性能（フィンが横断する「複合体」、接続部の保護など）を適合させることにより、解決される。

特にアセンブリの具現化の問題の場合、半径方向の異なる層の連結を伴うこのシステムは、特に、より容易にアセンブリもしくはラックをキャスクに導入することを必要とするため、異なる層の間、特にアセンブリとキャビティとの間だけでなく、ラックとカラーとの間、の境界にクリアランスが設けられる。これらのクリアランス、例えば約５ｍｍおよび２ｍｍ、は、熱伝達の必要性に対しては不利であり得る。

特に高出力を排出する場合、これらのクリアランスの存在は、高い熱抵抗を生じ、結果として高い熱勾配を生じ、これは、許容可能な最大出力レベルを高めることが望まれる場合に、最高内部温度をかなり上昇させる（これは、材料、燃焼速度などにも依存する）。

現在のところ、輸送は窒素下において行われるが、より伝導性の高い気体（ヘリウム）を使用することもでき、この場合、ＰＷＲ（加圧水型原子炉）の燃料の輸送では、出力レベルが低いため、それぞれ５ｍｍおよび２ｍｍの内部クリアランスおよび外部クリアランスで十分である。

しかし、より高出力の燃料（例えば、ＭＯＸ燃料タイプ、または代わりに将来的なアクチニドのアセンブリ）の輸送を可能にすることについては問題がある。

したがって、許容不可能な内部温度を完全に超えることのない、外部への熱量の良好な排出の可能性は、今後の重要な課題である。

この場合、伝達される総出力はそれほどたいした問題ではなく、むしろ前述のクリアランスの存在によって生じる熱勾配の方が問題である。

したがって、ＴＮ１２タイプの構造の現状技術を用いることにより、ヘリウム下において輸送されるアセンブリの最大出力は、４５０℃を超えない場合の２．５ｋＷ、および６５０℃を超えない場合の４．５ｋＷに抑えられるであろうが、その一方で、より一層高い出力の輸送が求められ得る。

国際公開第２０１１／１６１２３３号には、外部クリアランスによる接触熱抵抗を低減することを可能にするシステムについて記載されている。このシステムでは、ラックの４つの部品が鋼鉄製カラーと接触する。その結果、半径方向の伝達が向上した簡単なシステムが得られるが、既知の内部クリアランスについてのものは得られない。したがって、排出可能な出力に関して、利得は少ない。

したがって、内部クリアランスと呼ばれる（アセンブリとラックとの間の）クリアランスについても問題がある。

事実、従来のクリアランス（例えば、内部５ｍｍおよび外部２ｍｍ）を有する、アセンブリがヘリウム下にあるようなキャスクの場合を再考すると、６５０℃で排出可能な出力は６．３ｋＷである。例えば国際公開第２０１１／１６１２３３号の教示により、外部クリアランスが無くされる場合、排出可能な出力は６．７５ｋＷとなり、すなわち、排出可能な出力は８％だけ増加する。２つのクリアランスが無くされる場合、当該出力は、８．７５となる（すなわち、＋４０％の増加）。しかし、この技術において、接触状態で位置される表面は重要であり（ラックの外部表面の約１／４）、したがって、完全に許容不可能な製作公差が存在しない限り、１つの発生器または単にいくつかのゾーンにおいてのみ接触が生じ得る。

結果として、その厚さが重要な接触抵抗ならびに熱的基準の上限を生じる、貯蔵もしくは輸送キャスクの内側のクリアランスは、燃料アセンブリの輸送の際に、排出可能な出力を多分に調整する。

したがって、課題は、名目上の仕様において達せられる温度を下げるために、輸送キャスクの内側の熱交換を向上させることである。

この制限に対する解決策を本明細書において提供する。

最初に、核燃料貯蔵ラックのための熱伝達要素であって、実質的にプリズム形状であり、底面および２つの第２平面を含む３つの主要な面と２つの側面とを有し、熱伝達性材料で作成され、ならびに底面に対して平行な方向に当該要素を引っぱるための手段を側面に備えた、熱伝達要素について説明する。

各伝達要素は、熱を伝達する素材で作成されており、したがって、良好な熱伝導性であり、例えば、アルミニウムもしくは銅などの金属材料で作成される。

当該要素を引っぱるための手段は、側面に位置されてもよい。例えば、これらのそれぞれの側面は、少なくとも２つのピンまたは２つの突出部を備える。

変形例において、当該要素を引くための手段は、当該要素に形成されたノッチまたは側部凹部を含んでもよく、この場合、各凹部は、第２平面のうちの１つに存在し、ならびに任意により対応する側面にも存在する。各ノッチの壁は、例えば少なくとも２つのピンもしくは２つの突出部などの手段を備える。

かかる要素は、底面に対して平行な方向に当該要素を引っぱるための手段と協働する、例えば内部切り取りなどを有し、または有しない少なくとも１つの牽引リンクを備え得る。

かかる要素は、底面に対して垂直な平面において、実質的に三角形を有する。

当該底面は、平面であり得るか、または牽引の方向に対して実質的に平行な軸の周りにおいて少なくとも１つの湾曲を有し得る。

したがって、核燃料貯蔵ラック要素は、
・要素の各第２平面が、隣接する伝達要素の第２平面に対向しており、それにより、異なる伝達要素の底面が、スタックの片面に向かって、次いでもう一方の片面に向かってと、交互に反転しており、各伝達要素が、当該要素を底面に平行な方向に引っぱるための手段によってその隣の伝達要素と接続されている、上記において説明したタイプの伝達要素の第一スタックと、
・伝達要素のアセンブリに牽引を行使するための手段と
を備える。

そのような貯蔵ラック要素において、要素の各第２平面は、
・伝達要素のアセンブリに牽引が行使されない場合、特に要素のアセンブリに圧力が加えられる場合に、隣接する伝達要素の第２平面に接触してもよく、
・ならびに、伝達要素のアセンブリに牽引が行使される場合に、隣接する伝達要素の第２平面から離されてもよい。

伝達要素のスタックは、ラック要素の全高より低い高さ（ｈ）を有してもよい。この場合、ラックの残りの部分は、上記において説明した伝達要素の上方および下方に積み重ねられた伝達材料で構成される。当該高さｈは、燃料要素が熱を生じる長さに実質的に等しいかもしくは近い。

ラック要素はさらに、材料の連続部分によって第一スタックから離間されるゾーンに配置された、少なくとも１つの、上記において説明した伝達要素の第二スタックを含んでもよい。この第二スタックは、機械的な役割を果たすが、熱的な役割はあまり果たさない。

基本核燃料貯蔵ラックは、対象となるアセンブリの形状に応じて、各ラックの牽引の方向に対して垂直な平面において実質的に正方形もしくは長方形もしくは六角形の中央キャビティを区切るように配置された、上記において説明したタイプの複数の貯蔵ラック要素を含んでもよい。

したがって、キャスクは、核燃料の貯蔵および／または輸送のために構成されてもよく、前述において説明したようなタイプの基本貯蔵ラックを含み、この場合、当該ラックは、ガンマ線を吸収するための周辺保護層および中性子を減速するための周辺保護層によって囲まれている。

いくつかの、例えば２〜１２個の基本貯蔵ラックを含む、核燃料の貯蔵および／または輸送のためのキャスクを構成することも可能であり、この場合、各基本ラックは、前述において説明したようなタイプのものである。

当該基本ラックは、周辺層との効率的な熱的接触を保証する前述のタイプの複数の伝達要素によって囲まれた固定ラック自体に位置される。

本発明は、以下の工程を含む、核燃料棒を貯蔵および／または輸送する方法にも関する。
・上記において説明したような貯蔵ラックのラック要素に牽引を行使することにより、それらを初期状態から引き上げられた状態へと移行させ、各伝達要素と高温壁および低温壁とのそれぞれとの間にクリアランスを作り出す工程
・１つまたは複数のアセンブリを中央キャビティ内に導入する工程
・牽引を解放して、伝達要素を、各伝達要素の底面が高温壁および低温壁の一方もしくは他方と接触するように位置決めされる初期位置へと戻す工程
この工程の際、引力の作用は、それらの自重により、当該要素を初期位置に戻すのに十分であってもよい。当該ラックが縦向きの状態以外の状態にある場合でも、例えば、輸送の際に横向きの状態であっても、当該要素をこの状態に維持することを可能にする追加の圧力を任意に加えてもよい。

かかる方法は、貯蔵ラックをプールに導入する工程によって先行されてもよく、ならびに燃料棒を搭載したラックを当該プールから取り出す工程によって後続されてもよい。

本発明において、力を伝達要素のスタックに適用するための手段が実践され、これは、ラックがその内半径および外半径を変更することを可能にし、その結果、アセンブリとラックとの間の空間およびラックと外部環境、例えばカラーとの間の空間も減らすことを可能にする。

したがって、当該ラックは、その形状を適合させて、アセンブリの潜在的変形に適合する。

したがって、本発明は、搭載物の導入の際に重要なクリアランスを維持し、次いで、後続の作業、例えば取り扱いまたは輸送などの前にそれらを再吸収することを可能にする。

特に高出力レベルのアセンブリの輸送の場合、当該システムは、接触熱抵抗（クリアランスにおける気体ギャップおよび当該気体の熱伝導率に直接関連する）を減じること、さらには無くすことを可能にする。しかし、当該システムは、以下の別の利点も有する。
・アセンブリをラックが覆うことにより、輸送の際の機械的強度を可能にすること
・以前にそうしていたような、くさびを導入する必要がないこと
・このラックが、その形状を適合させ、アセンブリにおける長手方向の潜在的な変形に適合すること
・ラックの現在の機械加工コストを減じること
・ある特定の場合において（特にアセンブリの場合）ラックのヘリウムが乾燥空気もしくは窒素で置き換えられ得ること

接触が１つの発生器もしくは単にいくつかのゾーンにおいてのみ生じることが想起される、特許文献２に記載されている技術と比較して、本明細書において説明する本発明は、その底面の多様性により、接触点を増加させて、より大きな接触面積を有することを可能にする。伝達要素が小さいほど、形状への適合はより良好となる。

本発明は、ラックにおける内部および外部クリアランスを最小にすることを可能にし、これは、ある特定のアセンブリの貯蔵および輸送を実施することを可能にし、その出力レベル（Ｐ＞８ｋＷ）は、現在放出されているものより大きい。ただ１つのアセンブリだけではなく、複数のアセンブリも実現され得るため、本発明はさらに、アセンブリの輸送数の最適化も可能にする。

以下において、添付の図面を参照しつつ、非限定的な実施例により本発明の実施形態について説明する。

既に説明した、公知の構造のキャスクの分解立体図。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 説明したような伝達要素の様々な図を表す。 リンクおよびそれらの相対運動によって接続された２つの要素を表す。 リンクおよびそれらの相対運動によって接続された２つの要素を表す。 リンクおよびそれらの相対運動によって接続された２つの要素を表す。 伝達要素の様々な図。 伝達要素の様々な図。 伝達要素の様々な図。 伝達要素の様々な図。 リンクおよびそれらの相対運動によって接続された伝達要素のスタックを表す。 リンクおよびそれらの相対運動によって接続された伝達要素のスタックを表す。 開放された状態のラックの概略図。 閉鎖された状態のラックの概略図。 アセンブリを収容したラックの図。 アセンブリを収容したラックの図。 アセンブリをラック内に導入する工程。 アセンブリをラック内に導入する工程。 アセンブリをラック内に導入する工程。 アセンブリをラック内に導入する工程。 アセンブリをラック内に導入する工程。 １つのアセンブリを収容する、少なくとも１つのラック、１つの鉄鋼製カラー、および１つの樹脂を含むシステムの上面図。 複数のアセンブリを収容する、少なくとも１つのラック、１つの鉄鋼製のカラー、および１つの樹脂を含む、数個のアセンブリを収容するシステムの上面図。 内部および外部クリアランスならびに１個のアセンブリの出力の関数としての、可能な最高温度の排出を表す。 内部および外部クリアランスならびに７個のアセンブリの出力の関数としての、可能な最高温度の排出を表す。 内部および外部クリアランスならびに１２個のアセンブリの出力の関数としての、可能な最高温度の排出を表す。

最初に、本発明の特定の実施形態によるラックシステム２０の熱伝達要素３０、３２、３４、３６のスタックを表す、図２Ａ（側面図、図２Ｂの平面ＡＡ’またはｘＯｚに沿った断面）および２Ｂ（上面図、図２Ａの平面ＢＢ’もしくはｘＯｙに沿った断面）について言及する。

図２Ａでは、様々な伝達要素が、立方体の角Ｏｘｙｚの方向Ｏｚに沿って積み重ねられていることが分かる。この図および図２Ｂには、２つの壁２２、２４も表されており、これらは、それぞれ、スタックが置かれている環境の高温壁および低温壁である（高温壁と呼ばれる壁２２は、高温アセンブリの側面であり、ラックの内側に位置されており、その一方で、低温壁と呼ばれる壁２４は、ラックの外側の周囲環境の側面である）。この環境の外側において、符号２２および２４は、後で説明されるように、それらが閉鎖さられた状態もしくは下げられた状態の場合、Ｏｘに沿ってスタックの側部延長を区切る２つの平面であり、以下において、２つの壁について言及するが、これは、２つの平面としても意味することができる。

軸Ｏｘは、当該２つの壁２２、２４に対して垂直であり、その一方で、軸ＯｚおよびＯｙは、当該壁に対して平行である。当該スタックは、概して、Ｏｚに沿った方向に延びている。

当該スタックの各要素は、個々の要素３０の実施形態について図２Ｃに示されるように、実質的にプリズム形状である。図２Ａの他の要素は、それと同一であるかもしくは類似しており、この理由により、これらの他の要素の全ての部品（図２Ｃに記載されるものに類似するかもしくは同一である）については、詳細には説明しない。

より詳しくは、図２Ｃに表される要素は、実質的に五面体もしくは三角形のプリズムであり、この場合、３つの四角形の面３０３、３０３’、３０５は、それらの２つと、軸Ｏｙに対して実質的に垂直でお互いに隣接していない２つの三角形の面３０１、３０１’とに隣接している。

当該要素は、底面３０５も有し、これは、この実施形態においては、平面であり、ならびに立方体の角Ｏｘｙｚの軸Ｏｙに沿って延びる稜線部３０７に対して平行である。

図２Ｄに示される特定の態様により、側部および角は切頂される場合もあり、それでも、「稜線部」または「最頂部」なる表現が使用されるであろう。

２つの面３０３、３０３’は、稜線部３０７または最頂部と底面３０５との間に延びており、当該面は、便宜上、それぞれ、「上側表面」および「下側表面」と呼ばれてもよい。表された実施例において、これらの面は平面であるが、それらは、他の形状を有していてもよく、例えば、それらは、隣接する要素の平面における対応する波形もしくは波状起伏と接触すること、もしくはそれらと組み合わされることが意図される波形もしくは波状起伏を有していてもよい。

当該要素は、軸Ｏｙに沿った側方において、２つの壁または側面３０１、３０１’によって限定される。この実施形態の例において、これらの２つの後者の壁は、底面３０５に対して実質的に垂直であり、ならびに平面ｘＯｚに対して実質的に平行である。図３Ａおよび３Ｂの上面図において図式的に表される変形例において、側壁（ここでは３４１、３４１’、表されている要素は要素３４である）は傾斜しており、したがって、軸ＯｘおよびＯｙの両方と交差する。これらの伝達要素のそれぞれは、平面ｚＯｘにおいて実質的に三角形状を有しており、各三角形は、１つの大きな辺と好ましくは実質的に同じ長さである２つの小さな辺とを有し、当該三角形は、それ自体実質的に二等辺三角形である。さらに好ましくは、３つの辺は、図２Ｄまたは図４Ａ〜４Ｃに示されているように、その末端において切頂されている。平面ｚＯｘにおいて、それぞれは、厳密には、もはや実質的三角形状を有しておらず、むしろ３つの長い辺と３つの短い辺とが交互に配置された六角形を有する。

この三角形の高さ、または稜線部３０７または最頂部と底面３０５との間の距離は、２つの壁２２、２４の間の距離より短い。したがって、当該要素が、図２Ａに示されるように位置決めされる場合、当該要素の最頂部３０７とその底面３０５との間の距離は、この要素と２つの壁２２、２４のそれぞれとの間においてクリアランス２７、２９を保持することを可能にする。当該装置が「閉鎖された」状態にある場合（図４Ｃ、６Ｂ、および７Ｂ）、伝達要素の一部によって満たされないゾーン２７０、２７０’、２９０、２９０’が残される。これらのクリアランスは、伝達要素と隣接する第二列の要素との間の任意の接触を回避することを可能にする寸法である（例えば、図２Ａにおいて、要素３０と３４との間、要素３２と３６との間などでの全ての接触が回避される）。熱は、隣接する要素の間、例えば、要素３０と３２との間、要素３２と３４との間、要素３４と３６との間など、において生じる接触を介して伝わるため、これらのゾーンは、熱的観点からの問題を生じない。これらのゾーンは、壁２２、２４のそれぞれに向かって交互に配置されており、気体によって充満されていても、およびその結果として断熱性であっても、隣接する要素ははるかに多くの熱伝導性の平行通路を介してつながっているため、それらの熱的影響は無視できる。

図２Ａでは、図２Ｃにおいて提示されるものと同様に、他の要素３２、３４、３６の底面３２５、３４５、３６５およびそれらの稜線部３２７、３４７、３６７を見ることができる。

様々な要素３０、３２、３４、３６は、図２Ａにおいて示されるように積み重ねられ、第一要素の下側（それぞれ、上側）平面は、軸Ｏｚに沿ってこの第一要素の下に（それぞれ、上に）位置される直に隣接する第二要素の上側（それぞれ、下側）平面と接触するかもしくは対向している。

積み重ねられた要素の大きい側面は、壁２４および壁２２に向かって交互に配置されている。言い換えれば、伝達要素３０は、壁２４の方を向いている底面を有するが、その一方で、隣接する要素の底面は、壁２２の方を向いている。

当該スタックが閉鎖された状態もしくは下げられた状態では、２つの隣接する要素は、それらの下側および上側平面のうちの一方を介して、インターフェイス４０に沿って、お互いに押し合い得る。これは、軸Ｏｘに対して平行なまたは壁２２、２４に対して垂直な直線に対して鋭角Ａ（例えば、３０°〜６０°、例えば、この場合もやはり４５°に等しいかもしくは近い）を形成する直線分の形状を有する。

上記において説明した実施例において、面３０５、３２５などは平面である。

変形例において、この面は湾曲を有していてもよく、例えば、それは、面３４５’（要素３４、図３Ｂ）および３０５’（要素３０、図５Ｃおよび５Ｄ）により図３Ｂ、５Ｃ、および５Ｄにおいて示されるように、円柱の一部からなっていていもよく、この場合、当該円柱の軸は、スタック全体の牽引の方向に対して平行である。２つの隣接する要素における隣接する平面の間の接触は、上記において説明したものと同一のままであるため、スタックが閉鎖された状態もしくは下げられた状態では、当該スタック全体の熱的効果は影響を受けない。平面ｚＯｘに沿ってのこの要素の断面も、図２Ｄの形状と同様の三角形であり、当該三角形の底辺３０５は、直線分である。スタックが下げられた状態では、壁３４５’、３０５’の円筒形の部分は、外壁または外側平面２４に接する。そのような湾曲は、円柱の形状を抱え込むために有用であり得、平面もしくは壁２２および２４は、多くの場合、牽引の方向に対して平行な軸に沿って円筒形である（例えば、図１０、１０ｂの構造を参照されたい）。

図２Ａ〜２Ｃ、３Ａ〜３Ｂ、および図５Ａ〜５Ｄからも分かり得るように、各要素の側面３０１、３０１’、３２１、３２１’、３４１、３４１’、３６１、３６１’のそれぞれは、２つの突出部３０’、３０”、３２’、３２”、３４’、３４”、３６’、３６”を有しており、各突出部は、対応する要素の下側および上側平面のうちの一方の付近にある。同じ側面の２つの突出部は、この同じ要素の底面に対して平行な方向に、または図２Ｄの断面図における稜線部３０５に沿って（またはその代わりに、牽引の方向に沿って）、実質的に揃えられている。各突出部は、実質的に円筒形状を有し、当該円筒の軸は、この突出部が位置される側面に対して実質的に垂直に向いている。

接続ロッドもしくはリンク４０、４２、４４、４６は、２つの隣接する要素の最も近い２つの突出部に接続している。したがって、このリンクは、最も近い２つの隣接する要素（これらが接触していない場合）の上側および下側の２つの平面の間に存在し得る最大距離を形成するであろう。当該リンクは、ある要素の平面の、隣接する要素の対向する平面に対する摺動可能な最大振幅も決定する。

このリンクおよび対応する突出部は、軸Ｏｚに対しておよび／または平面ｚＯｘを有する底面の交差点３０５に対して（図２Ｄおよび３Ｂの場合）、平行もしくは実質的に平行な方向において、対象となる要素への牽引の適用を可能にする。図４Ａの場合、各面に適用される力は、Ｏｘに沿っての成分も有するが、牽引状態（図４Ａ）では当該要素は遮られるので、結果に関係ない。その結果、結果として得られる力は、ここでもやはり、軸Ｏｚに沿っている。したがって、図２Ａから分かり得るように、ならびに以下において説明されるように、方向Ｏｚの力Ｆが各要素に適用または伝達され、この場合、それらの底面は、それらが向けられている対応する高温壁もしくは低温壁に対して平行なままである。各要素が、２つの他の要素の間において軸Ｏｚに沿って配置される限り、各突出部は、上向きの牽引力を受けるが、それだけでなく、その下に位置される当該要素の重さも受ける。

したがって、ラックが２つの壁、例えば高温壁および低温壁２２、２４など、の間において積み重ねられ整列される場合、ラックの構成要素の相対変位は確保される。

これらの手段は、異なる要素をその隣接する要素のそれぞれから離すことを可能にし、その結果、２つの隣接する要素の２つの側面の間にギャップｅを生じ、この場合、これらの２つの側面はお互いに平行のままである。同様に、異なる要素が離される際に、空間またはクリアランス２７、２９が異なる要素と壁２２、２４との間に整列されるように、それらの位置決めが生じる。

リンクは、例えば、図２Ａまたは６Ａに表される形状を有し、この形状は、縦長であり、ならびに中央開口部を有し、この場合、当該中央開口部も縦長である。この開口部の最大振幅、言い換えると、当該リンクの２つの小さい側部の内面の間の距離、は、当該スタックにおける直に隣接する２つの伝達要素の２つの隣接する突出部の外部発生器の間の所望の最大距離に等しい。当該リンクおよびその側部開口部は、２つの隣接する要素における直に隣接する平面を接触したままに維持しつつ、当該２つの隣接する要素がお互いに摺動することを可能にする。例えば、各リンクが、２つの隣接する要素３０１および３２１、３２１および３４１、３４１および３６１．．．における隣接する側面をお互いに対して距離ｅで平行に維持するようにそれらを離間させることを可能にする中央開口部を有することが図２Ａから分かり得る。この距離もしくはこのギャップは、ラック内への要素のロッドの導入を可能にするために、伝達要素を「引き上げられた」状態にすることを可能にする。下げられた状態では、隣接する要素の側面は、図６Ｂおよび７Ｂに示されるように、お互いに接触している。次いで、当該リンクは解放された状態となり、この場合、２つの隣接する要素における２つの隣接する突出部の間の距離は、各リンクの内部開口部によって決定される最大振幅より小さい。

当該リンクの別の実施形態が、図４Ａ〜４Ｃに表されており、この場合、各リンク４７は２つの開口部を有し、これらの開口部のそれぞれは、当該リングが伝達要素のうちの１つの突出部３０”、３２”を収容することを可能にする。これらの開口部のうちの突出部３０”の周りにある一方は、この突出部の周りでの当該リンクの回転運動のみを可能にするが、並進運動は可能にせず、それに対し、他方の開口部は突出部３２”の周りでの当該リンクの回転運動と要素３２の並進運動とを可能にし、すなわち、対応する開口部は、当該リンクの中央付近から（その長さの方向に）その側端部のうちの１つの内端まで、より長く延びている。

２つの開口部の間の距離と当該第二開口部の長さは、当該２つの隣接する伝達要素が、
・初期と呼ばれる状態（図４Ａ）（この状態では、２つの隣接する要素の２つの隣接する面は接触しており、クリアランス２７、２９が、当該要素のそれぞれの底面と壁もしくはこの底面が面している壁２２、２４との間に配置されている）から、
・中間状態（図４Ｂ）（この状態では、２つの隣接する要素における隣接する側面が、お互いから所望の距離に離れて移動し、各底面が対応する壁２２、２４に近づく）へ、
・次いで、「覆われた」状態（図４Ｃ）（この状態では、２つの隣接する側面がお互いに接触するかまたはお互いに押し合い、各要素の底面が、対応する壁２２、２４に押し付けられる）へ
と移行することができるように選択される。

この運動では、リンクの端部は、手段２１の作用下において（図７Ａ）、円の中心がリンクの中心であるような、実質的に円形の運動を行う。

隣接する要素の間の接続のシステムの別の実施形態が、図５Ａ〜５Ｄに示されており、この場合、図５Ａ〜５Ｂは、平面壁形状の底面３０５の実施形態に対応し、図５Ｃ〜５Ｄは、底面３０５’が円筒の一部の形状を有する実施形態に対応する。

今回、表された要素３０は、
・上側平面３０３および任意により（図５Ａ〜５Ｄの場合のように）対応する側面３０１’、３０１に存在する、２つの側部ノッチまたは側部凹部２０３、２０４と、
・下側平面３０３’および任意により対応する側面３０１’、３０１に存在する、２つの側部ノッチまたは側部凹部２０５、２０６と
を有する。

ここで、既に上記において説明したように、各側部ノッチの内壁には、突出部がそこに位置決めされ得る穴２０３’、２０４’が形成され、当該穴は、接続ロッドもしくはリンクの端部と協働することが意図される。

したがって、各ノッチの壁は、上記において説明したように、各要素を例えば２つのリンクなどによって連結するための手段、例えば、少なくとも１つのピンもしくは１つの突出部を備えることが意図される。各ノッチは、対応するリンクの端部部分を収容するのに十分な容積を有する。

図７Ａに表されるように、牽引の手段もしくは機構２１は、ラックの上方または下方においてラックの片側に位置決めされる。要素のアセンブリに、軸Ｏｚに沿った上昇運動もしくは下降運動を伝えるために、例えば１つもしくは複数のロッド２１０および／または１つもしくは複数のジャッキを含む手段が、要素のスタックの末端要素に接続される。手段２１は、これが閉鎖された状態もしくは下げられた状態にある場合、スタック全体に圧力を加えることを可能にしてもよい。

アセンブリをラック内に導入しようとする場合、図２Ａ、６Ａ、および７Ａにおいて矢印Ｆによって図式的に示されるように、軸Ｏｚおよび壁２２、２４のそれぞれに対して平行に、上向きの力が加えられる。

次いで、図４Ａ〜４Ｃ、６Ａ〜６Ｂ、および７Ａ〜７Ｂを参照しながら上記において説明したように、ラックの各要素が、隣接する要素から離される。この動きは、半径方向においてクリアランス２７、２９、２７’、２９’（図２Ａ、６Ａ、および７Ａ）を解放する。

アセンブリが適切な場所に位置されると、（依然として、軸Ｏｚに沿って）下向きの力、またはその代わりに伝達要素を下向きに引っぱる重力、が加えられ、当該伝達要素の平面がお互いと接触して、内部クリアランスおよび外部クリアランスが消滅する（図４Ｃ、６Ｂ、および７Ｂのように）。この段階の終了時に、横向き状態を含めてキャスクの状態にかかわらず、隣接する要素の各対の固体−固体界面での熱抵抗を減じるため、およびアセンブリの機械的強度を保証するために、再び、押付力を要素のスタックに加えられ得る。

図２Ｂおよび図３の上面図および図２Ｃの斜視図から分かり得るように、各伝達要素は、限られた長さＬ、例えば１００ｍｍ〜２００ｍｍまたは５００ｍｍなど、にわたって延びており、この長さは、要素の表面品質および所望の熱移動の質に応じて選択される。Ｌは、特に図３Ｂの底面３４５’のような底面の場合、円弧の伸ばした長さであってもよい。

結果として、概して円筒形状を有するアセンブリは、実質的に円形に配置された複数のｎ個のラック要素によって囲まれることとなり、各ラック要素は、およそ３６０°／ｎの部分を覆う。そのような配置は、図８Ａおよび８Ｂに表されており、例えば、六角形のアセンブリの場合、各ラック要素６０、６２、６４、６６、６８、７０は、約６０°の部分を覆う。符号６２０〜６２６は、２つのラック要素６２の個々の要素である。２つの末端要素６２０および６２６は、スタックの２つの末端において平面を得るために切頂されている。

これらの図８Ａおよび８Ｂでは、当該システムは三次元において表されており、ここで、より良い視覚化のために、伝達要素の縦の１列が省略されている（または１つのラック要素が省略されている）。ラック要素のアセンブリは、内部の六角形の開口部１７を形成するように配置されており、ここに燃料要素が導入され得る。

図８Ａは、開放された状況に対応しており、伝達要素は、図２Ａおよび図４Ａに示されているように、お互いに離間された状態にある。したがって、ラックの中央にある搭載物と、このラックの内壁との間に、重要であり得るクリアランスが形成されている。

図８Ｂは、閉鎖された状況に対応しており、隣接する伝達要素は、図４Ｃおよび図６Ｂに示されているように、お互いに接触した状態にある。この状態では、前に見出された、搭載物とラックの内面との間のいずれのクリアランスも失われる。

図８Ａおよび８Ｂの実施形態の実施例では、六角形１５が搭載物であり、その外壁は、図２Ａの高温壁（壁２２）に対応している。

この実施形態では、接するセルの間または２つのラック要素（例えば、６２と６４）の間の、伝達要素がないゾーンの存在について述べることができる。しかし、残存するクリアランス２７０、２９０について上記において示したのと同じ理由から、これは、熱伝導の観点から影響を及ぼすことはなく、事実、熱的観点から、熱はより高い伝導性のゾーンにおいて「すぐ近く」を伝わる（ヘリウムに対するアルミニウムの伝熱性の比率は１０００であり、空気に対しては約６０００である）。

当該システムが適切な場所に位置されると（図７Ｂ、８Ｂ）、半径方向の熱量の排出が向上し、結果として、半径方向の熱勾配がかなり減少する。

したがって、上記において説明したようにラックを用いた貯蔵方法を使用することにより、ＴＮ１２に対して以前に発表された限界の２．５ｋＷ（Ｔｍａｘ＜４５０℃）および４．５ｋＷ（Ｔｍａｘ＜６５０℃）は、それぞれ、３．５ｋＷおよび６．５ｋＷになる。したがって、アセンブリの輸送の際、Ｔｍａｘ＜４５０℃の場合は５ｋＷに、Ｔｍａｘ＜６５０℃の場合は９ｋＷに達し得る。

図８Ａおよび８Ｂに示される実施形態は、ラック（図面の可読性の問題のために、要素の列が１つだけが省略されている）および六角形の管１５を示している。しかし、上面図を表している図１０Ｂに示されるように、数個のアセンブリを導入することも可能であり、この場合、当該ラックは、
・複数の基本ラック１００〜１０６と、
・固定部品５５（熱伝導性材料で作成された、例えばアルミニウムなどで作成された、ディスクのスタック、各ディスクは、ラックが所望の位置まで通過することを可能にするための適切な開口部を有する）と、
・ラック要素の冠状部５５０（各要素が既に上記において提示したように、本発明によるタイプである）と
を含む。

それによって構成される当該ラックは、キャスクの内側に配置され、アセンブリは、鉄鋼製カラー５４および樹脂層５２で囲まれる。当該アセンブリは、熱排出フィン５６を備え得、これらは、図１０Ｃにおいて外側に向かって突き出ているフィンである。これらの符号５２、５４は、単一ラックの場合の図１０Ａにおいても見出される。

したがって、キャスクを構成するアセンブリは、上記において説明したような少なくとも１つの基本ラックを含み得るが、それだけでなく吸収材層のアセンブリ、例えば、ガンマ線を吸収するための層５４（これは、鍛造された鉄もしくは鉛で作成され得る）および中性子を減速するための層５２（多くの水素を含有する）など、も含み得る。

基本ラックは、その全高にわたって、上記において説明した構造を有し得る。

それは、例えば図９Ａに見られるように、排出したい出力に対応する、例えば約１ｍなどの、限られた高さｈにおいてそのような構造を有していてもよく、すなわち、可動式要素のアセンブリ２０は、ラックの各壁の限られた高さ（それは、熱交換が生じる高さである）において延びており、残りの部分は、２つの同型部品２０’、２０”で構成されることが分かり得る。

変形例において、図９Ｂに示されるように、ゾーン２００、２００’のような、熱交換が全くもしくはほとんど無い部分に、いくつかの要素が配置されていてもよい。これらの要素は、既に上記において説明されているように機能するが、それらは、機械的に保護する役割のみを有するのであって、熱的観点からの役割は、全くもしくはほとんど果たさない。対照的に、可動式要素のアセンブリ２０は、１つで同時に熱的役割と機械的な役割とを有する。ゾーン２００’、２００は、上記において説明したような伝達要素を備えない、均一で連続する材料の部分によって当該ゾーンまたは当該部分２０から離間されている。

図９Ａ〜９Ｅは、燃料を本発明による装置内に搭載する工程を表している。

最初に（図９Ａ）、このアセンブリは、まだ燃料要素を収容しておらず、プール１２０中に浸漬されており、様々な部品のカバー１３０が開けられる。

次いで（図９Ｂ）、手段２１による要素のアセンブリの牽引によって、上記において既に説明したように、当該ラックの伝達要素が引き上げられる。したがって、それらの維持が解放され、各要素の底面とそれらが向いている面２２、２４との間に、クリアランスが導入される（上記において提示した説明を参照されたい）。

ラックがこの引き上げられた状態に維持され、燃料要素１５（図９Ｃを参照のこと）が、中央開口部１７内に導入され得る。

次いで、図９Ｄに示されているように、これらの要素の底面と壁との間にいかなるクリアランスも残すことなく、伝達要素をお互いに接触するように位置決めするために、ラックの壁の要素への押付力が反転される。

最後に、カバーをそれらの初期状態へと戻して、当該アセンブリが再び閉鎖される（図９Ｅを参照のこと）。

次いで、当該アセンブリは、排水のためにプールから引き上げられ得る。

以下に、１個、７個、または１２個のアセンブリを輸送するキャスクの場合の数値結果を提示する。これらのキャスクは、それらが１個、２個、または７個のアセンブリを輸送するかどうかに応じて、ＴＣ１、ＴＣ２、またはＴＣ１２と命名し、それらは、ＩＬ４９またはＴＮ１２などの現行のキャスクの寸法に倣っている。

６５０℃が限界の場合、１つのアセンブリあたりの出力は、標準的なクリアランスの場合、４ｋＷ６（ＴＣ１２）から６ｋＷ３（ＴＣ１）へと増加する。これらのクリアランスを無くすことにより、それぞれ、６ｋＷ６から８ｋＷ８を得ることが可能となるであろう。

以下において、排出可能な出力に関して為された利得は、マイナーアクチニドを搭載したアセンブリの場合に対して、所定の温度基準について評価される。

当該キャスクのために選択される幾何学的構造は、
・図１０Ｂの上面図に表されているＴＮ１２タイプ（２つ以上のアセンブリを輸送する場合に使用される）（この幾何学構造では、層５５０の外径は、今日使用されているラックの外径と同じであり、残り部分の幾何学構造は全く変更されていない。符号５４は、鉄鋼製カラーを指している）、
・または、図１０Ａの上面図に表されている、ＩＬ４９タイプ（単一のアセンブリの輸送用）（この幾何学構造において、樹脂層５２の外径Ｄ_eおよびアルミニウムラック１００の外径は、保持されている）、
の多層幾何学構造である。

それらの３つの場合、すなわち、単一のアセンブリの場合、７個のアセンブリの場合、および１２個のアセンブリの場合、について検討した。

単一のアセンブリの場合、当該幾何学的構造はＩＬ４９タイプである。

パラメータＴｍａｘおよびクリアランスの効果の研究により、図１１に示されるような以下の結果：
・それぞれ１ｍｍの２つのクリアランスに対応する曲線Ｉ
・５ｍｍの１つの内部クリアランスおよび１ｍｍの１つの外部クリアランスに対応する曲線ＩＩ
・５ｍｍの１つの内部クリアランスおよび２ｍｍの１つの外部クリアランスに対応する曲線ＩＩＩ
・５ｍｍの２つのクリアランスに対応する曲線ＩＶ
・０ｍｍの２つのクリアランス（言い換えると、本発明により得られる接触）に対応する曲線Ｖ
が得られる。

例えば、６５０℃の最大値の場合：
・曲線Ｉの場合、８ｋＷが排出され、
・標準の場合（曲線ＩＩＩ）、約６．３ｋＷが排出され、
・およびクリアランスが無くなった場合（曲線Ｖ）、最適値は８．７ｋＷである。

７個のアセンブリの場合、幾何学構造はＴＮ１２タイプである。

パラメータ研究の際、標準の場合およびクリアランスがゼロの場合のみについて検討した（他の事例は、これら２つの限定された事例の間にある）。パラメータＴｍａｘおよびクリアランスの効果の研究により、図１１に示される以下のような結果：
・５ｍｍの１つの内部クリアランスおよび１ｍｍの１つの外部クリアランスに対応する曲線Ｉ’；この標準の場合、１つのアセンブリあたり５．５ｋＷ、すなわち３９ｋＷの総出力、が排出され得、樹脂は、７０℃〜８８℃の温度を有する、
・０ｍｍの２つのクリアランスに対応する曲線ＩＩ’
が得られる。

ここでも、クリアランスの減少が中央における所定の最大温度において、排出可能なパワーを増加させることを可能にすることが分かり得る。

１２個のアセンブリの場合、ＴＮ１２タイプの幾何学構造を取った。

パラメータ研究の際、標準の場合およびクリアランスがゼロの場合のみについて検討した（他の事例はこれら２つの限定された事例の間にある）。パラメータＴｍａｘおよびクリアランスの効果の研究により、図１３に示された、以下のような結果：
・５ｍｍの１つの内部クリアランスおよび１ｍｍの１つの外部クリアランスに対応する曲線Ｉ”；この標準的な場合、１つのアセンブリあたり４．５ｋＷ、すなわち、５４ｋＷの総出力、が排出され得、中央の温度は、６５０℃未満である、
・０ｍｍの２つのクリアランスに対応する曲線ＩＩ”
が得られる。

高出力のこの事例において、外部樹脂は、８０℃の温度に達する。

図１３の結果は同じ結論に至っており、すなわち、クリアランスの減少は、中央における所定の最大温度での排出可能な出力を増加させることを可能にする。

下記の表ＩＩに、上記の３つの構成および２つの異なる最大温度（４５０℃および６５０℃）に対する排出可能な出力をまとめる。当該排出可能な出力は、これらの事例のそれぞれに対して示されており、クリアランスがゼロの場合は下線が引いてある。

本発明は、高レベルの放射性物質、特に第四世代の高レベル燃料、例えば、やはりマイナーアクチニドを充填したアセンブリ、の貯蔵および／または輸送の分野に適用される。

Claims (18)

1. 核燃料貯蔵ラックのための熱伝達要素（３０、３２、３４、３６）であって、
   実質的にプリズム形状であり、
   底面および２つの第２表面を含む３つの主要な面（３０３、３０３’、３０５、３２５、３４５、３６５）と２つの側面（３０１、３０１’）とを有し、
   熱伝導性材料で作成され、
   前記伝達要素が解放されておりかつ高温壁もしくは低温壁とよばれる壁に接触している初期位置から、空間もしくはクリアランス（２７、２９）によって離間された、引き上げられた状態に前記要素を移行させるため、およびその逆のために、それらの前記側面に前記底面に対して平行な方向に前記要素を引っぱるための手段を備える、熱伝達要素。
2. 前記要素を引っぱるための前記手段が、
   ・前記側面上に位置されているか、
   ・または、前記要素に形成された側部ノッチもしくは側部凹部（２０３、２０４、２０５、２０６）であって、各凹部が、前記第２平面のうちの１つおよび任意により対応する側面（３０３）に存在する、側部ノッチもしくは側部凹部を備える、
   請求項１に記載の要素。
3. 前記要素を引っぱるための前記手段が、各側面上または各側部ノッチもしくは側部凹部の壁上に位置された少なくとも２つのピンもしくは２つの突出部（３０’、３０”、３２’、３２”、３４’、３４”、３６’、３６”）を備える、請求項２に記載の要素。
4. 前記底面に対して平行な方向に前記要素を引っぱるための前記手段と協働する、少なくとも１つの牽引リンク（４０、４２、４４、４７）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の要素。
5. 前記牽引リンクが、少なくとも部分的に切り取られた内部を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の要素。
6. 前記底面に対して垂直な面において、実質的に三角形を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の要素。
7. 前記底面が、平面であるか、または円筒（３０５’）の一部を形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の要素。
8. 前記第２表面（３０３、３０３’）が、平面であるか、または波状起伏を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の要素。
9. ・前記２つの壁の間に配置された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の伝達要素の第一スタックであって、要素の各第２表面が、隣接する伝達要素の第２表面と対向しており、前記異なる吸収性要素の前記底面が前記スタックの一方の面、次いで他方の面を向いて交互に反転しており、各伝達要素が、前記底面に対して平行な方向に該要素を引っぱるための手段によって、その隣接する要素に接続されている、第一スタックと、
   ・伝達要素の前記アセンブリに牽引を行使するための手段（２１）と、
   を備える、核燃料貯蔵ラック要素（６０、６２、６４、６６、６８、７０）。
10. 要素の各第２表面が、
    ・伝達要素の前記アセンブリに牽引が行使されていない場合には伝達要素の第２表面と接触しており、
    ・伝達要素の前記アセンブリに牽引が行使される場合には、前記第２表面から、それらに対して実質的に平行に、ゼロでない距離に位置される、
    請求項９に記載の貯蔵ラック要素（６０、６２、６４、６６、６８、７０）。
11. 伝達要素の前記スタックが、前記ラック要素の全高より短い高さ（ｈ）を有する、請求項９または１０に記載の貯蔵ラック要素（６０、６２、６４、６６、６８、７０）。
12. 材料の連続部分によって前記第一スタックから離間されたゾーン（２００、２００’）に配置された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の伝達要素の少なくとも１つに第二スタックをさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の貯蔵ラック要素（６０、６２、６４、６６、６８、７０）。
13. 各ラックの牽引の方向に対して垂直な平面において、実質的に円筒形または正方形または長方形または六角形の中央キャビティ（１７）を区切るように配置された、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の複数の貯蔵ラック要素を含む、核燃料貯蔵ラック。
14. ガンマ線の吸収のための周辺保護層（５４）および中性子を減速するための周辺保護層（５２）で囲まれた、請求項１３に記載の少なくとも１つの貯蔵ラックを含む、核燃料の貯蔵および／または輸送のためのキャスク。
15. ２〜１２の数のいくつかのラックを含む、請求項１４に記載の核燃料の貯蔵のためのキャスク。
16. 以下の工程：
    ・請求項１３に記載の貯蔵ラックの前記ラック要素の前記伝達要素を、初期状態から引き上げられた状態に移行させて、各伝達要素と前記高温面および低温面を形成する前記２つの平面（２２、２４）との間にクリアランス（２７、２９）を生じさせるために、該伝達要素に対して牽引を行使し、
    ・前記中央キャビティ（１７）内に１つまたは複数の燃料棒を導入し、
    ・前記伝達要素を、各伝達要素の前記底面が前記高温壁および低温壁（２２、２４）の２つのうちの一方もしくは他方と接触するように位置決めされる初期状態へと戻すために、該伝達要素を解放すること、
    を含む、核燃料棒（１５）を貯蔵および／または輸送するための方法。
17. 前記貯蔵ラックをプール（１２）中に導入する前工程と、前記燃料棒を搭載した前記ラックを前記プールから取り出す後工程とを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 各燃料棒が、７ｋＷまたは８ｋＷに少なくとも等しい出力を有する、請求項１６または１７に記載の方法。

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